制冷装置教案

制冷装置——“制冷装置、制冷系统分类及制冷装置的冷却
方式、制冷装置融霜”教案
[学校] 北京工业大学
[授课教师] 刘忠宝（环能学院低温与制冷工程系）
[科目] 制冷装置
[授课类型] 必修课
[主要锻炼的课堂教学技能]：讲授与演示技能
[授课时间] 90分钟
[标题] 制冷装置、制冷系统分类及制冷装置的冷却方式、制冷装置融霜
教学目标：
1、知识目标：使学生了解和掌握常见制冷装置的分类及应用，掌握常见制冷系统的分类，以及制冷装置的冷却方式、制冷装置融霜。

2、能力目标：通过讲解和展示图片以及CAI软件，让学生回忆以前所学知识，同时接受新知识：蒸发器的供液方式，制冷装置的冷却方式、制冷装置融霜。

来培养学生发现问题和解决问题的能力；同时培养其读图分析能力，从而在多方面提高其综合素质。

3、思想目标：使学生充分认识到制冷系统中：能耗是系统的关键指标。

制冷系统按制冷剂的分类中的内容应使学生认识到环保制冷剂的重要性。

并使他们树立“保护环境，节约能源”的意识。

教学重点：1、制冷装置与制冷系统的概念
2、制冷装置与制冷系统的分类
3、制冷装置的冷却方式及优缺点比较
4、制冷装置融霜
教学难点：蒸发器供液方式及其优缺点，制冷装置融霜。

通过CAI的
教学方法：利用媒体计算机（powerpoint）和CAI教学软件逐步显示有关内容，引导学生进行自主探究，进行教学活动。

第一堂课45分钟：
【教学过程】（包括时间分配，教学内容，教师活动，学生活动）：
导言（3分钟）
【教师回顾制冷原理课程，说明本课程与原理课程的关系，并说明本课的两大内容及重要性，作为本课的导入】
我们在第三学年已经学过了《制冷原理与设备》这门课程。

它是我们这门课程的理论基础。

从我们这门课程开始，我们就开始学习我们日常生活中所接触到的或见到的制冷与空调装置。

这门课共分为制冷装置和制冷装置的计算机辅助设计及仿真两大部分内容。

第一部分的学习有助于我们了解这些装置的结构和维修；第二部分有助于我们对这些装置进行设计和产品的优化改进，以及为实验做前期的准备，寻找最有利的实验参数。

【教师引导学生发问，提出自己的问题】
那么，什么是制冷装置哪？什么是制冷系统哪？它们的区别？常见的制冷系统与装置的分类？带着以上问题让我们回忆以前所学知识，和利用我们的日常生活知识来思索这些问题。

（通过老师引导，让学生自己主动思考问题）
制冷装置（3分钟）
【展示常见制冷装置的图片或CAI多媒体图片】
让学生回忆制冷系统的内容，带出制冷装置的概念以及与制冷设备的区别。

（学生通过这些图文并茂的材料加深对概念的理解）。

制冷装置是产冷系统和用冷系统的总和。

制冷系统分类：（10分钟）
【教师讲述】在我们对制冷装置研究之前，让我们再来回顾一下为制冷装置产生冷量的制冷系统及其分类，学习一些新的知识。

【展示常见制冷系统的图片或CAI多媒体图片】
重点观察：制冷方法、可能采用的制冷剂、制冷剂的流向。

试图回答：制冷系统的概念以及分类。

（学生通过这些图文并茂的材料加深对概念的理解）。

板书：制冷系统：书上177页讲述的是机械压缩式制冷系统的概念；
制冷系统-实现制冷循环压缩、冷凝、膨胀、蒸发四个过程的设备、配件和管道等相互连接而组成的一个整体。

（机械压缩式）
应是：提供冷量的系统（产冷系统）。

按制冷剂分类：重点讲述：氟利昂制冷系统：CFC HCFC HFC类物质。

其他工质制冷系统：CO2 H2O CH化合物等天然工质
【教师重点(难点)讲述】：按蒸发器供液方式分类及优缺点比较。

展示供液方式分类CAI图。

板书：
蒸发器供液方式：制冷系统中高压液体自节流阀进入蒸发器的方式。

直接供液：利用冷凝压力和蒸发压力的压差，将液态制冷剂经节流阀降压后直接送入蒸发器。

直接供液优缺点：
优点：供液方式简单，不消耗其它动力；
缺点：
供液量调节困难，尤其是当冷间负荷发生剧烈变化时，就会出现供液过多或过少的现象。

供液过少：制冷量不足，物体降温慢；
供液过多：压缩机的湿冲程；
适用：氟系统，由于氟系统使用热力膨胀阀和回热器，能较好地调节供液量和防止湿冲程。

重力供液：这种方式必须在蒸发器的上方（冷间外）设立一个氨液分离器，使两者之间形成一定的液位差，为低压液体进入蒸发器提供动力。

重力供液优缺点：
优点：
蒸发器的供液和回气都要经过氨液分离器，这样就将节流后产生的闪发气体和回气携带的液滴分离掉，让液体进入蒸发器，提高传热效果。

让气体回到压缩机，可避免湿冲程。

与直接供液相比，重力供液更安全可靠。

缺点：
动力小，液态工质的流速慢，放热系数小；
需要为氨液分离器建造专门的阁楼而增加基建投资；
因为管道存在阻力，而使供液回路的总长受到限制。

液泵供液：主要用低压循环桶代替氨液分离器和用氨泵供液。

优点：低压循环桶不必放置很高，只要同内液面高度满足氨泵的吸入压力即可，供液回路可以更长。

制冷剂流量大，流速高，改善蒸发器的换热。

比直接供液25％～30％；比重力供液高10％
缺点：耗功，系统管径较大。

制冷装置冷却方式及优缺点比较：（24分钟）
【展示常见制冷装置冷却方式的CAI多媒体图片】
引导学生自己总结。

（学生通过这些图文并茂的材料加深对概念的理解）。

自然对流制冷剂直接蒸发冷却：
蒸发器安装在用冷场合，利用制冷剂的蒸发来直接冷却用冷场合的空气，通过空气再去冷却被冷却物体。

整个用冷场合的空气流动是由于蒸发器周围的空气被冷却以至于温度降低、密度变大后引起的。

强制对流制冷剂直接蒸发冷却：
与前面的不同之处在于：用冷场合的空气通过风机的作用强制流过蒸发器，并在用冷场合内循环流动。

优点：换热系数高，总传热温差小，蒸发器换热面积小，制冷剂冲注量小，金属消耗量小，温度场均匀，冷却速度快。

适用：间冷式冰箱，冷藏汽车，冷藏船，冷库冻结间等。

缺点：
冷却物品的干损耗；
风机耗能，又将耗能转变为热量增加了蒸发器的负荷
过渡段：
在制冷系统规模较大，用冷场合比较分散的情况下，采用制冷剂蒸发冷却物体，必然会导致如下状况：
制冷剂循环管路长，制冷剂外泄的可能性增大；
自然对流载冷剂间接冷却：
优点：
减少制冷剂泄露的可能性；
具有一定的蓄冷能力；
温度调节方便；
缺点：
冷损大；（传热级数多）
泵功耗；系统稍复杂
强制对流载冷剂间接冷却：
优点：提高了冷却盘管的传热性能，温度场分布均匀
缺点：
冷损大；（传热级数多）
泵功耗，风机功耗；系统稍复杂
干损耗。

【教师总结】下面让我们再来回顾一下刚才所讲过的知识。

（4分钟）
【作业及课后预习】总结制冷系统的分类及按蒸发器供液分类各类的优缺点。

制冷装置冷却方式分类的优缺点。

下节课讲：制冷装置的融霜系统以及制冷装置的设计计算。

请大家课后预习有关内容。

[学生提问题]：（1分钟）
第二堂课45分钟：
【教学过程】（包括时间分配，教学内容，教师活动，学生活动）：
导言（2分钟）
【教师引导学生发问，提出自己的问题】
我们经常能够看到家中的冰箱冷冻室由于长时间不清扫，内部会结上一层厚厚的霜层，有的同学可能会认为，有了霜层有利于食物的保存，那么霜层是如何形成的？对冰箱的运行会造成何影响呢？
（通过老师引导，让学生自己主动思考问题）
板书：结霜的原因：（2分钟）
【教师讲述】
制冷装置中蒸发器的外壁面温度低于0℃，该表面与空气接触（空气中含有
水蒸气），空气中的水蒸气遇到低于0℃的表面就会接霜。

（水蒸气）
板书：低于0℃，空气中含有水蒸气
【统计数据】[5分钟]
统计数据：钢管，霜层厚度＝蒸发器管壁厚度，霜层热阻比钢管热阻大94～443倍（视久积还是新积而定）。

板书：换热公式：Q=K·F·ΔT,热阻大，K小。

板书：【结霜危害】[5分钟]
危害：传热系数下降，制冷量下降，功耗增加。

强制对流：如冷风机多用肋片管，接霜时，不但传热热阻增大，而且使空气流动阻力增大。

板书：【除霜的方法及各自优缺点、适用场合】（20分钟）
扫霜、水冲霜、
制冷剂过热气体融霜（热气融霜、反循环融霜）、
制冷剂过热气体和水结合融霜、
用电加热器、蒸汽加热器或温水加热器融霜
（1）扫霜：
不停机：不彻底，库温影响不是太大，劳动强度大。

停机：较彻底，影响库温和生产，强度大。

水冲霜：较简单。

控制水温25℃。

不停机：影响库温不是太大，防止水对冷库的危害。

停机：影响库温和生产。

（2）制冷剂过热气体和水结合融霜
•单机多库伙食冷库的热气融霜系统huoshiku.swf
•来自压缩机的过热蒸汽通过接霜的蒸发器（相当于冷凝器，制冷剂由气态变为液态，放热给蒸发器外表面），使冰霜与蒸发器脱开，然后淋水，可以把霜除掉。

•停水后，利用制冷剂过热蒸汽“烘干”蒸发器外表面（以免结冰）。

•特点：速度快，效果好，操作复杂。

•大型及中型制冷装置，一机多库。

常用在制冷剂直接蒸发冷却系统。

（3）电热融霜：在蒸发器下面装电热器，一般适用单个库房或小型制冷装置。

•载冷剂系统多采用该形式。

•用电加热器、蒸汽加热器或温水加热器融霜虽然结构简单，易于实现自动化，但要耗费电能，温度容易波动。

•载冷剂间接冷却系统的热盐水融霜
（4）总结：
•电热融霜与热气融霜系统的根本不同点：
•耗能方式；
•被融霜的蒸发器内部制冷剂相变情况不同：热气融霜的蒸发器内制冷剂是被冷却，由气态变为液态，要注意排液或防止压缩机的液击。

•电热融霜的蒸发器内制冷剂却是被加热，由液态变为气态，要防止回气压力、蒸发温度和库温过高。

【作业及课后预习】总结融霜的方式分类及各类的优缺点。

[学生提问题]：（1分钟）
北京工业大学环境与能源工程学院
刘忠宝。